Tema 2. Caudal de aguas residuales

1 COMPONENTES DEL AGUA RESIDUAL DE UN NUCLEO URBANO

2 CAUDALES MEDIOS Y PROCEDENCIA DE LAS AGUAS RESIDUALES

2.1 Aguas residuales domésticas

2.2 Aguas residuales industriales

2.3 Aguas residuales procedentes de infiltración y conexiones incontroladas

3 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUA RESIDUAL URBANA

4 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES PARA EL AÑO HORIZONTE

DE CALCULO

5 CAUDALES DE DISEÑO DE AGUAS RESIDUALES

José Luis Ayuso

CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

La estimación del caudal de diseño de aguas residuales de un núcleo urbano determina, de

forma independiente o conjunta con el de aguas pluviales, el dimensionamiento de la red de

saneamiento, según la misma sea de tipo separativo o unitario.

1 COMPONENTES DEL AGUA RESIDUAL DE UN NUCLEO URBANO

Considerando el diseño de una red de saneamiento separativa, los componentes del agua

residual son

- Agua residual doméstica:

Agua procedente de residencias, instalaciones comerciales, públicas y similares.

- Agua residual industrial:

Agua en la que predominan residuos industriales.

- Infiltración y conexiones incontroladas:

Se trata del agua que penetra incontroladamente en el alcantarillado, procedente del sub-

suelo, así como agua pluvial descargada al sistema a través de bajantes de edificios, dre-

nes de cimientos, etc.

2 CAUDALES MEDIOS Y PROCEDENCIA DE LAS AGUAS RESIDUALES

2.1 Aguas residuales domésticas

Las fuentes de agua residual doméstica de un núcleo urbano son:

- zonas residenciales

- zonas comerciales

- Instalaciones públicas

- Instalaciones de recreo

El caudal de aguas residuales domésticas

es aproximadamente igual al de abasteci-

miento (Catalá, 1989).

Tchobanoglous (1995) considera este

caudal como el 70% del caudal de

abastecimiento. Figura 1. Variación horaria del caudal diario de agua residual

El caudal de agua residual que circula por el sistema de alcantarillado de una ciudad es

comparable, en valores medios, al caudal de abastecimiento, presentando leyes horarias

similares.

Las curvas de descarga de agua residual son prácticamente paralelas a las de abaste-

cimiento, aunque con un desfase de varias horas

4 8 12 16 20 24

0,1

0

0

0,2

0,3

0,4

0,5

Hora del día

Cau

dal m

/s

3

Figura 3 Distribución anual del consumo de agua en Córdoba capital

Hora

Coef iciente

horario de

modulación

0-11-22-3

3-44-5

5-66-77-8

8-99-10

10-1111-1212-13

13-1414-15

15-1616-1717-18

18-1919-20

20-2121-2222-23

23-24

0,350,160,05

0,030,06

0,130,481,09

1,471,51

1,511,411,43

1,682,02

1,691,171,23

1,091,09

1,221,191,23

0,72

Tabla 1. Coeficientes horarios de modulación

del consumo de agua en Córdoba

(C.De Miguel, M.P. Montesinos y

J.L. Ayuso, 1999)

Figura 2. Variación horaria del consumo de agua un día

del mes de enero en Córdoba

1996199519941993

10

0

20

80

70

60

50

40

30

USO DOMÉSTICO USO INDUSTRIALUSO PÚBLICO

MUNICIPAL

Con

sum

o %

69,93 69,67 71,23 73,11

16,38 16,13 16,4314,15

10,70 11,63 9,86 9,54

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0.1

0.0

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

Horas

m /

s3

El caudal de aguas residuales domésticas, además de presentar una variación horaria a lo largo

del día, también puede presentar una oscilación estacional (en zonas turísticas, en pequeñas

comunidades con colegios, y en aquellas cuyas actividades tanto industriales como comercia­

les tengan un marcado carácter estacional)

Figura 4. Ejemplos de distribución estacional de las demandas de abastecimiento a distintas escalas

espaciales (Fuente MMA, 1998)

Mes 1993 1994 1995 1996 1997

Consumo medio

diario Qi

( 103 m3/dia)

Coef iciente

mensual de modulación

qmi

EneroFebreroMarzo

AbrilMayo

JunioJulioAgosto

SeptiembreOctubre

NoviembreDiciembre

61,9763,8155,69

59,7458,79

66,9270,0972,01

72,7560,09

57,1558,01

56,9860,2156,17

60,9361,16

71,4673,7375,02

73,3464,56

65,2961,10

59,2462,5355,29

55,4457,72

69,4467,3564,35

61,4456,26

57,0650,13

49,8354,6255,30

55,9157,78

65,8365,0464,16

65,0559,46

59,7755,39

55,8559,8854,49

62,2662,77

66,1764,9166,27

67,2762,72

59,8356,17

56,7760,2154,59

58,8659,64

67,9668,2268,36

67,9760,62

59,8256,16

0,920,980,89

0,960,97

1,101,111,11

1,100,98

0,970,91

Consumo medio

diario anual63,07 65,00 59,65 58,67 61,54 59,61Q

Tabla 2. Consumos medios diarios (x103 m3/dia) y coeficientes mensuales de

modulación en Córdoba capital

Q

Qq i

mi

serieladeanualmedioConsumo

meselendiariomedioConsumoCoeficiente mensual de modulación =

Ene

Feb

Ma

r

Abr

May

Jun

Ju

l

Ago

Sep

Oct

No

v

Dic

0.8

0.9

1

1.1

1.2

Co

eficie

nte

me

nsu

al d

e m

od

ula

ció

n

0.92

0.96

0.89

0.960.97

1.11.111.11

1.1

0.980.97

0.91

Variación del Coeficiente mensual de modulación

Precio total (€/m3) del agua en el año 2003

(Abastecimiento más tratamiento en la EDAR)

Precio medio del abastecimiento ………… 0,64 €/m3

Precio medio del tratamiento de

las aguas residuales …………………… 0,22 €/m3

Precio medio total 0,86 €/m3

Al ser el servicio de abastecimiento un servicio financiado por el usuario, en el que el consumo

se mide por contadores, en la práctica, pueden obtenerse datos reales de consumo y su distri-

bución horaria, lo que permite una correcta estimación de los caudales de abastecimiento y,

por tanto, de los caudales de aguas residuales.

Cuando no se dispone de datos reales, pueden utilizarse los valores medios recogidos en las

siguientes tablas

Caudal, l/unidad día

Origen Unidad Intervalo Valor típico

Apartamentos

Hotel, por residenteViviendas individuales:

Casa media

Casa de clase altaCasa de lujo

Casa semimodernaChalet de verano

Camping de caravanas

Persona

Residente

Persona

PersonaPersona

PersonaPersona

Persona

200-340

150-220

190-350

250-400300-550

100-250100-240

120-200

260

190

280

310380

200190

150

Tabla 3 Caudal medio diario de agua residual doméstica

Fuente: Tchobanoglous (1995)

Caudal, l/unidad día

Actividad Unidad Intervalo Valor típico

Aeropuerto

Estación de servicioBar

Hotel

Edificios industriales(excluyendo industria y cafetería)

Lavandería

Motel

Motel con cocinaOficina

Restaurante

PensiónGrandes almacenes

Centro comercial

Pasajero

Vehículo servidoEmpleado

Cliente

HuéspedEmpleado

Empleado

Máquina

LavadoPersona

PersonaEmpleado

Comida

ResidenteLavabo

EmpleadoPlaza aparcamiento

Empleado

8-15

30-5035-60

5-20

150-22030-50

30-65

1800-2600

180-20090-150

190-22030-65

8-15

90-1201600-2400

30-502-8

30-50

10

4050

8

190 40

55

2200

190 120

200 55

10

150 2000

404

40

Tabla 4. Caudal medio diario de agua residual comercial

Fuente: Tchobanoglous (1995)

Caudal, l/unidad día

Origen Unidad

Intervalo Valor típico

Apartamento de temporada

Refugio de temporadaCafetería

CampingBar

Cafetería

Club de campo

Campamento de día (sin comidas)

ComedorDormitorio, barracón

Hotel de temporada

LavanderíaAlmacén de temporada

Piscina

TeatroCentro de visita

Persona

PersonaCliente

Empleado

PersonaAsiento

ClienteEmpleado

Socio actual

EmpleadoPersona

Comida servidaPersona

Persona

MáquinaCliente

EmpleadoCliente

Empleado

AsientoVisitante

200-280

130-1904-10

30-50

80-15050-100

15-3030-50

250-500

40-6040-60

15-4075-175

150-240

1800-26005-20

30-5020-50

30-50

10-1515-30

220

1606

40

12075

2040

400

5050

30150

200

220010

4040

40

1020

Tabla 5. Caudal medio diario de agua residual generada por actividades recreativas

Fuente: Tchobanoglous (1995)

Caudal, l/unidad día

Institución Unidad Intervalo Valor típico

Hospital

Hospital psiquiátrico

Cárcel

Casa de reposo

Colegio, por día

- con cafetería, gimnasio y duchas- con cafetería, pero sin gimnasio ni duchas

- sin cafetería, gimnasio ni duchasInternado

Cama

EmpleadoCama

Empleado

PresidiarioEmpleado

ResidenteEmpleado

EstudianteEstudiante

EstudianteEstudiante

500-950

20-60300-550

20-60

300-60020-60

200-45020-60

60-11540-80

20-65200-400

650

40400

40

45040

35040

8060

40280

Tabla 6. Caudal medio diario de agua residual institucional

Fuente: Tchobanoglous (1995)

Consumos España Andalucía

Volumen total agua distribuida

- Sectores Económicos- Consumo domiciliarios- Consumos municipales

- Otros

4.019.615

933.3092.602.904

349.747

133.655

737.567

149.797509.63753.768

24.365

Pérdidas en la red 927.393 198.245

Volumen de agua distribuida año 2003 (I.N.E)

2688,0567.737

245.198

Porcentaje de pérdidas en la red

Andalucía

España 2307,0615.019.4

393.927

Córdoba: Agua no facturada (Pérdidas en red + riego de parques y baldeo de calles)

Año 2002 …………………….20,2 %Año 2005 …………………… 14,0 %

Fuente: EMACSA

2.2 Aguas residuales industriales

Los caudales residuales de tipo industrial varían según el tipo, el tamaño de la industria y el

tratamiento de resíduos

En zonas industriales sin industrias que utilicen procesos húmedos puede tomarse un valor

medio de 30 m3/ha día.

En industrias que se conozca el caudal consumido, el caudal medio de agua residual puede

estimarse mediante una prognosis de la evolución de la demanda de agua.

Es importante distinguir entre

dos tipos de industrias

Sin reutilización interna del agua

La cantidad de agua residual evacuada se estima entre un 85%

y 95% del agua consumida

Con reutilización interna del agua

La cantidad de agua residual evacuada requiere estimaciones

específicas.

A la cantidad de agua evacuada resultante de los procesos industriales hay que sumar el

agua residual doméstica generada por la actividad humana: 30 a 90 l/hab día.

La distribución horaria de los caudales residuales de origen industrial no siguen una regla

general. Hay que tener en cuenta la frecuencia de caudales punta (que tratan de disminuir-

se mediante tanques de retención y otros medios).

2.3 Aguas residuales procedentes de infiltración y conexiones incontroladas

2.3.1 Infiltración

2.3.2 Conexiones incontroladas

Constituyen un componente variable del caudal de agua residual

Agua que penetra en la red de alcantarillado procedente del subsuelo a través de tuberías

defectuosas, juntas de tuberías, conexiones y paredes de los pozos de registro.

Se estima en entre 0,01 y 1 m3/mm km día, es decir depende del diámetro de la sección y

de la longitud de la red.

También puede estimarse como un valor comprendido entre 0,2 y 30 m3/hab día.

Durante lluvias intensas, la infiltración en el sistema de alcantarillado puede alcanzar valores

del orden de 500 m3/hab día.

El proyecto de nuevo alcantarillado exige el empleo de tuberías de alta calidad, pozos de

registro prefabricados, juntas de aros de goma y otros materiales sintéticos.

Categoría A: incluye sótanos, drenes de cimientos, drenajes de fuentes y áreas pantanosas.

Este tipo de flujo se incluye en la medida de la infiltración.

Categoría B: contempla los bajantes de los tejados, desagües de patios, tapas de pozos de

registro, conexiones erróneas con la red de evacuación pluvial, etc.

3 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUA RESIDUAL URBANA

Se obtiene según:

donde

Qmd Caudal medio diario de agua residual doméstica.

Qmi Caudal medio diario de agua residual industrial.

Qminf Caudal medio diario de agua procedente de infiltración y conexiones incontroladas.

infm

im

dmm QQQQ

(l/s) DH

= Qdd

m86400

(l/s) D S

= Q iii

m4,86

H = nº de habitantes

Dd= dotación por habitante (l/hab.día)

Si = superficie en ha para uso industrial.

Di = dotación industrial en m3/ha

Qminf se estima según lo indicado en el apartado anterior, así como Qm

d y Qmi cuando no se disponga

de datos de dotaciones.

4. CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES PARA EL AÑO HORIZONTE

DE CALCULO

El número de habitantes y la superficie dedicada a usos industriales son función de las tasas

de crecimiento demográfico e industrial, así como de las previsiones contenidas en los planes

de urbanismo vigentes. Por otro lado, las dotaciones de agua para uso doméstico varían con

el nivel de vida, así como las dotaciones de agua para uso industrial pueden variar con el pre-

cio de la misma y con el cambio de los procesos industriales

Figura 5 Relación entre consumo de agua

e ingresos per cápita (Fuente MMA)

Figura 6 Relación entre precio del agua y

consumo de agua per cápita (Fuente MMA)

En cada caso concreto, lo ideal es establecer un modelo de evolución de las variables número

de habitantes, superficie industrial, dotación doméstica y dotación industrial, en el año horizon-

te de cálculo a partir de sus valores actuales.

Como hipótesis puede considerarse el plan de ordenación urbana vigente en el supuesto de

total desarrollo, con lo que se determinarán los valores máximo de número de habitantes y

superficie industrial. En cuanto a las variables dotación de agua, puede considerarse entre

200 y 250 litros por habitante y día; y con respecto a las dotaciones industriales, se estiman

entre 30 y 60 m3/ha día.

5. CAUDALES DE DISEÑO DE AGUAS RESIDUALES

El caudal máximo de aguas residuales para el año horizonte es el que define el dimensiona­

miento hidráulico de la red de saneamiento

Para la obtención del caudal máximo es necesario determinar un coeficiente o factor de punta

Para las aguas domésticas se utiliza:

Q+ = C

d

m

dp

5,25,1

donde

Cpd Coeficientede punta.

Qmd Caudal medio diario de agua residual doméstica.

Para industrias suele tomarse un coeficiente de punta Cpi, cuyo valor oscila entre 2 y 3

Para infiltración y conexiones incontroladas el coeficiente de punta Cpinf oscila entre 1,5 y 2.

Por lo tanto, la determinación del caudal de diseño de aguas residuales para un núcleo urbano,

se realiza mediante la aplicación de la siguiente ecuación:

Q C + D S

C + D H

C = Qinf

minfp

iiip

ddpr

4,86400.86

teniendo en cuenta que los valores de las variables corresponden al año horizonte cálculo

7. REFERENCIAS

Catala, 1989

Tchobanoglous, G., 1995. Ingeniería de las aguas residuales. Redes de alcantarillado y bombeo.

McGraw-Hill, Madrid